电力牵引交流传动控制系统课件.ppt

1、主讲人：冯晓云主讲人：冯晓云 教授教授Email:西南交通大学电气工程学院西南交通大学电气工程学院列车控制与牵引传动研究室列车控制与牵引传动研究室v频率调节时异步电机的等值电路v恒磁通控制v恒电压频率比控制v恒转子全磁通控制v恒功率控制v列车牵引中变频调速系统的调节特性v谐波分析 Tm T Tst fs(s=0)fs(Hz)rrmMpsICTsnfncos)1(60cosegrrPmE IlsNXlrNXmNX4.44gsNssmEsmEN kfC fgmEsECfsEsmfCUslslsNflsNsNfXXXfslrlrNflrNsNfXXXfsmmNfmNsNfXXXf1.51.5()fs

2、mmNmNsNfRRRfcosegrrPmE Icos2pegrrssmnPTE IfcosMmrrTCI2/2prrsmnTI Rsf222/2()()psrrsslslrmnU RsTRfRXXs电磁功率：电磁转矩：v同步角速度v转子电流v转子功率因数2sspfn 2()grrlrEIRXs22/cos()rrrlrRsRXs22222pssrssrlslrmnUsf RTfsRRsXX2222(2)pgslrsrsl lrmnEf RTfRf L 22pslrsrmnfETfR 2222(2)pgs lrsrs llrm nEfRTfRfL2rmlrRfL2124pgmslrnmETfL

3、)/()/(2slmmslmffffTT结论：当 gsEconstfTconstfconstTffTslmaxmax)(constTconstfsl,0sldfdT22242()pssmsssslslrm nUfTfRRfLL22222()pssrstssrslslrmnUf RTfRRfLL22222pssrssrlslrmnUsf RTfsRRsXX222()rmsslslrRsRfLL结论：constfUss/)(),()(maxsslssmffTfffTfff恒压频比时最大转矩和起动转矩与频率的关系曲线v低频时，恒电压频率比控制方式受定子电阻压降的影响较大而不能保持气隙磁通不变，其最大

4、力矩和起动力矩都急剧下降，限制了传动系统的带负载能力。v解决方法：在低频范围内提高逆变器的输出电压以补偿定子压降下降的影响。恒压频比控制带来的问题4.44rssNsrmEf N ka恒电压频率比控制 b恒磁通控制c恒转子全磁通控制rsEconstf17v引用前述转矩公式v基频以上时，转差率s很小，v 与 相比可忽略，转矩公式可以写为2222pgrrslrmnE RTRfsXsrlrRXslrXrRs222pgslrsmnETfRfv因为高频时，所以v为使电机恒功率运行，等号的右边说明电压和频率的调节方式有两种 一）Us不变，的调节方式gsEU22psslrsmnUTfRf2sslrsUmPTf

5、Rf slsfsconstfmax211ssssTfTfIconstUconst1sfv该恒功调节方式属于恒电压调节，为保证电动机在全部恒功调速范围内能稳定运行，系统工作点选取为在最高转速时，保证有最低的过载能力，于是在恒功范围的低速点内，电机过载能力就出现了不必要的裕度。电动机有较大的设计尺寸，但逆变器在恒压恒流下工作，称为最大电动机和最小逆变器方案。max111ssssssTfTfUfIfssUf1sf1sf1ssIfmTTT二）不变，的调节方式2ssUconstfslfv这种恒功调节方式具有不变的过载系数，电机的设计工作点可以选择在恒功范围的最低转速时有最小允许的过载能力，这样在高速时仍

6、然有适度的转矩裕量，使在整个恒功调速范围内稳定运行，并能充分地利用电机的功率，电机设计尺寸较小。v由调节特性图可知，逆变器在整个恒功范围内需要满足最高电压和最大电流的要求，因而有较大的设计容量和尺寸，该恒功运行方式称为最小电动机和最大逆变器方案。sUsIslfeTfbfmcf恒 力 矩 区恒 功 率 区自 然 特 性 区gEv一、异步电机中的谐波磁势说明：这里讨论仅限于整数槽三相绕组情况电机谐波磁势可分为两类：v 时间谐波磁势v 空间谐波磁势v1.时间谐波磁势5次谐波电流在电机的A、B、C相绕组中建立的脉动磁势为：1.51.51.51.51.5sin5cos22sin5()cos()3322s

7、in(5)cos()33ABfftfftft271.51.51.544sin5()cos()3322sin(5)cos()33Cfftft1.55f次谐波电流所产生的每相的空间磁势基波分量的幅值；沿定子铁芯内圆从绕组轴线算起的电位移角；利用三角关系 将上三式转化为：将三式相加，得到电机三相绕组所产生的合成磁势11sincossin()sin()221.51.51.51.51.51.51sin(5)sin(5)212sin(5)sin(5)2312sin(5)sin(5)23ABCffttffttfftt1.51.53sin(5)2Fft对于7次谐波电流在A、B、C相绕组中产生的脉动磁势的基波分

8、量可表示为：得到三相绕组合成磁动势：1.71.71.71.71.71.7sin7cos22sin(7)cos()3322sin(7)cos()33ABCfftfftfft1.71.73sin(7)2Fft61 (0,1,2,3)knn 次谐波电流产生正向（基波转向）的旋转磁场，而 次谐波电流则产生反向的旋转磁场。时间谐波磁势的转速总是 倍于基波磁势的同步转速61knkv2.空间谐波磁势基波电流在A、B、C各相绕组中所产生的5次空间谐波磁势可以写成：5.15.15.15.15.1sincos522sin()cos5()3322sin()cos(5)33ABfftfftft5.15.15.144s

9、in()cos5()3322sin()cos(5)33Cfftft三相绕组的合成磁势为5.15.15.15.15.13sin(5)2ABCFfffft绕组里的谐波电流也产生旋转的空间谐波磁动势如5次谐波在各相绕组中产生的7次空间谐波磁动势：三相绕组的合成磁势为：7.57.57.57.57.57.5sin 5cos 722sin(5)cos(7)3322sin(5)cos(7)33ABCfftfftfft7.57.57.57.57.53sin(57)2ABCFfffftv二、异步电机中的谐波电流v1.谐波等值电路基波等值电路谐波等值电路谐波转差率sk的计算及其与基波转差率s的关系11(1)kkn

10、nkssknkv 2.谐波电流不考虑集肤效应的等值电路忽略Rs和Rr的等值电路忽略激磁支路的近似等值电路skkUUskkIIK次谐波电流有效值：如果电机的基波电流为Is，则电机总的有效电流为：22222571113()kkklslrUIIIIIIk XX22rskIIIv三、谐波转矩1.稳定谐波转矩由于则22prkkrkskmnRTIkfs1kksk22(1)prkkrksmnRTIkfk 2.振动谐波转矩5次谐波下，电机每相产生的转矩的瞬时值：5 155 155 152sin(5)2sin2222sin(5)2sin()233242sin(5)2sin()233pArrsspBrrsspCr

11、rssnTItEtfnTItEtfnTItEtf550rsrIEt 转子 次谐波电流的归算值；基波转子电势在气隙侧的归算值；时以上电流和电势的相位差。利用三角关系将上三式化为：5 155 155 15Tcos(4)cos(6)24Tcos(4)cos(6)232Tcos(4)cos(6)23pArsrrspBrsrrspCrsrrsnI EttfnI EttfnI Ettf三式相加得电机相应的谐波振动转矩（瞬时）值7次谐波电流产生的谐波振动转矩（瞬时）值5 1553cos(6)23cos(6)2prsrsprsrsnTI EtfnI Etf 7 173cos(6)2prsrsnTI Etfv变频调速时异步电机的基本原理w 等值电路、参数与频率的关系、转矩公式等v变频调速时异步电机的控制方式w 恒磁通控制（特点、问题、解决方案）w 恒电压/频率控制（特点、问题、解决方案）w 恒功率控制（两种恒功控制的特点比较）v电力牵引中变频调速系统的调节特性v谐波分析